Finite Element Simulation of Ultrasound Propagation in Trabecular Bone
Notice bibliographique
Résumé
Quantitative ultrasound is used to identify healthy versus osteoporotic bone. However the physics of ultrasound propagation in trabecular media is still not sufficiently understood. This lack of understanding is reported to be an obstacle in further development of this bone assessment technique. Numerical models of wave propagation stand as a potentially successful tool to explain the various experimental observations. The main issue in the numerical modeling of wave propagation in trabecular bone is the complex geometry of the trabecular structures surrounded by a fluid (bone marrow). So far, the complex geometrical domain of trabecular structures has been approximated by finite difference grids for wave propagation analyses. In this work, numerical simulation of ultrasound propagation into trabecular bone sample is performed using the finite element method (FEM). A new procedure for numerical modeling of trabecular bone tailored for the FEM is introduced. The entire complex trabecular geometries of two cubic bone samples are reconstructed using computed microtomography data. For the first time a three dimensional finite element mesh using tetrahedral elements is generated for the two-phase medium of a trabecular bone. Separate meshes for the bony part and the filling marrow (considered as non-viscous water) are generated and acoustic-structure interaction condition is imposed on their interface. It is shown that the three-dimensional simulation using the FEM can predict ultrasound propagation phenomena observed in experiments: linear dependency of attenuation on frequency, the effect of bone volume on the attenuation and speed of sound, and the propagation of fast and slow waves. Moreover, the broadband ultrasound attenuation (BUA) for two ultrasonic signals propagating into a healthy and an osteoporotic sample are compared. A distinguishable difference in BUA between the two samples is observed expressing lower BUA for osteoporotic bone. Our developed model is the first three-dimensional finite element analysis model to compare the ultrasound propagation in healthy versus osteoporotic bone. The developed model can be further utilized as a tool to explain various experimental observations of quantitative ultrasound of bone.
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Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».